【手続補正書】
【提出日】平成18年6月12日(2006.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】温度補償回路及び温度補償型圧電発振器
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  圧電振動子の温度変化による周波数の変化を補償する為の補償電圧を発生する温度補償回路であって、前記温度補償回路は温度センサ部と、関数発生部と、を備え、前記関数発生部が２つのｐｉｎダイオードを備え、前記温度センサ部の出力電圧が印加される入力端子と該関数発生部の出力端との間に前記２つのｐｉｎダイオードの異なる極性側同士を接続した並列回路を挿入接続した構成を備えたものであることを特徴とする温度補償回路。
【請求項２】  圧電振動子の温度変化による周波数の変化を補償する為の補償電圧を発生する温度補償回路と、前記補償電圧の印加を受けて容量値が可変する可変容量素子と、を備えた圧電発振器であって、前記温度補償回路は温度センサ部と、基準電圧発生部と、前記温度センサ部の出力電圧と前記基準電圧発生部の出力電圧とに基づいた電圧を出力する関数発生部と、を備え、前記関数発生部が２つのｐｉｎダイオードを備え、前記温度センサ部の出力電圧が印加される入力端子と該関数発生部の出力端との間に前記２つのｐｉｎダイオードの異なる極性側同士を接続した並列回路を挿入接続した構成を備えたものであることを特徴とする温度補償型圧電発振器。
【請求項３】  圧電振動子の温度変化による周波数の変化を補償する為の補償電圧を発生する温度補償回路と、前記補償電圧の印加を受けて容量値が可変する可変容量素子と、を備えた圧電発振器であって、前記温度補償回路は温度センサ部と、基準電圧発生部と、前記温度センサ部の出力電圧と前記基準電圧発生部の出力電圧とに基づいた電圧を出力する関数発生部と、該関数発生部が出力した電圧からノイズ信号を除去した前記補償電圧を出力する為のローパスフィルタと、を備え、前記関数発生部が２つのｐｉｎダイオードを備え、前記温度センサ部の出力電圧が印加される入力端子と該関数発生部の出力端との間に前記２つのｐｉｎダイオードの異なる極性側同士を接続した並列回路を挿入接続した構成を備えたものであることを特徴とする温度補償型圧電発振器。
【請求項４】  前記ローパスフィルタがオペアンプを備えたものであり、該オペアンプの反転入力端子に前記関数発生部の出力端子を接続し、該オペアンプの非反転入力端子に基準電圧を印加した構成を有し、該オペアンプの出力端子と非反転入力端子との間にコンデンサを接続した構成を有することを特徴とする請求項３に記載の温度補償型圧電発振器。
【請求項５】  前記並列回路が前記ｐｉｎダイオードと抵抗との直列回路を２つ並列接続した構成であり、前記関数発生部が第１のオペアンプを備え、該第１のオペアンプの反転入力端子と前記温度センサ部の出力電圧が印加される入力端子との間に前記並列回路を挿入接続した構成と、該第１のオペアンプの非反転入力端子に基準電圧発生部の出力端子を接続した構成と、を備え、
前記ローパスフィルタが第２のオペアンプを備えたものであり、該第２のオペアンプの反転入力端子に前記第１のオペアンプの出力端子を接続し、前記第２のオペアンプの非反転入力端子に基準電圧を印加した構成を有し、前記第２のオペアンプの出力端子と非反転入力端子との間にコンデンサを接続した構成を有することを特徴とする請求項３に記載の温度補償型圧電発振器。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子等の圧電振動子を使用した温度補償回路及び温度補償型圧電発振器に関し、特に簡単な回路構成によってＡＴカット水晶振動子の発振周波数の温度補償が可能な温度補償型圧電発振器に関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、圧電振動子の温度変化による周波数の変化を補償する為の補償電圧を発生する温度補償回路であって、前記温度補償回路は温度センサ部と、関数発生部と、を備え、前記関数発生部が２つのｐｉｎダイオードを備え、前記温度センサ部の出力電圧が印加される入力端子と該関数発生部の出力端との間に前記２つのｐｉｎダイオードの異なる極性側同士を接続した並列回路を挿入接続した構成を備えたものであることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
また、本発明は、圧電振動子の温度変化による周波数の変化を補償する為の補償電圧を発生する温度補償回路と、前記補償電圧の印加を受けて容量値が可変する可変容量素子と、を備えた圧電発振器であって、前記温度補償回路は温度センサ部と、基準電圧発生部と、前記温度センサ部の出力電圧と前記基準電圧発生部の出力電圧とに基づいた電圧を出力する関数発生部と、を備え、前記関数発生部が２つのｐｉｎダイオードを備え、前記温度センサ部の出力電圧が印加される入力端子と該関数発生部の出力端との間に前記２つのｐｉｎダイオードの異なる極性側同士を接続した並列回路を挿入接続した構成を備えたものであることを特徴とする。
また、本発明は、圧電振動子の温度変化による周波数の変化を補償する為の補償電圧を発生する温度補償回路と、前記補償電圧の印加を受けて容量値が可変する可変容量素子と、を備えた圧電発振器であって、前記温度補償回路は温度センサ部と、基準電圧発生部と、前記温度センサ部の出力電圧と前記基準電圧発生部の出力電圧とに基づいた電圧を出力する関数発生部と、該関数発生部が出力した電圧からノイズ信号を除去した前記補償電圧を出力する為のローパスフィルタと、を備え、前記関数発生部が２つのｐｉｎダイオードを備え、前記温度センサ部の出力電圧が印加される入力端子と該関数発生部の出力端との間に前記２つのｐｉｎダイオードの異なる極性側同士を接続した並列回路を挿入接続した構成を備えたものであることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、本発明は、前記ローパスフィルタがオペアンプを備えたものであり、該オペアンプの反転入力端子に前記関数発生部の出力端子を接続し、該オペアンプの非反転入力端子に基準電圧を印加した構成を有し、該オペアンプの出力端子と非反転入力端子との間にコンデンサを接続した構成を有することを特徴とする。
また、本発明は、前記並列回路が前記ｐｉｎダイオードと抵抗との直列回路を２つ並列接続した構成であり、前記関数発生部が第１のオペアンプを備え、該第１のオペアンプの反転入力端子と前記温度センサ部の出力電圧が印加される入力端子との間に前記並列回路を挿入接続した構成と、該第１のオペアンプの非反転入力端子に基準電圧発生部の出力端子を接続した構成と、を備え、前記ローパスフィルタが第２のオペアンプを備えたものであり、該第２のオペアンプの反転入力端子に前記第１のオペアンプの出力端子を接続し、前記第２のオペアンプの非反転入力端子に基準電圧を印加した構成を有し、前記第２のオペアンプの出力端子と非反転入力端子との間にコンデンサを接続した構成を有することを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態に係る温度補償方式のブロック図である。この温度補償方式は、水晶振動子１１を備えた水晶発振回路１２と、両端の電位差により容量が変化する可変容量ダイオード１４と、周囲温度を検出する温度センサ部１０１と、温度センサ部１０１の電圧に基づいて近似３次関数電圧を発生する関数発生部１０２と、関数発生部１０２と温度センサ部１０１の信号を合成して信号のノイズを除去するアクティブローパスフィルタ部１０３と、関数発生部１０２とローパスフィルタ部１０３内の差動アンプの基準電圧を供給する基準電圧発生部１０４とを備えて構成される。
図２は図１の温度補償方式の動作を説明する図である。（１）は発振回路１２の水晶振動子１１の温度特性、（２）は温度センサ部１０１の出力電圧、（３）は関数発生部１０２の出力電圧、（４）はローパスフィルタ部１０３の出力電圧、（５）は可変容量ダイオード１４の出力補償容量変化に伴う発振周波数の変化を表す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
次に図１、図２、図３を参照して本実施形態の温度補償方式の動作について説明する。温度センサ部１０１の出力電圧は、図２に示す（２）のように温度上昇に対し単調減少し、動作電圧のセンター電位のときのｃ点の温度が振動子の変曲点温度となるように設定する。また基準電圧発生部１０４の出力は、動作電圧のセンター電位に設定する。関数発生部１０２のオペアンプＩＣ２の（＋）入力端子に接続する。またセンサ部１０１のオペアンプＩＣ１の出力は可変抵抗素子３（Ｄ３）のアノードに接続し、同カソードに抵抗Ｒ９を直列接続しオペアンプＩＣ２の（−）入力に接続される。また温度センサ部１０１のオペアンプＩＣ１の出力は可変抵抗素子４（Ｄ２）のカソードに接続し、同アノードに抵抗Ｒ８を直列接続しオペアンプＩＣ２の（−）入力に接続される。そして（１）の振動子の温度特性より、変曲点温度（ｃ点）より低温側（図２のａ点）では、温度センサ部１０１のオペアンプＩＣ１の出力電圧はセンサ電圧（オペアンプＩＣ２の出力電圧）より高圧であり、電流は温度センサ部よりｐｉｎダイオードＤ３及び抵抗Ｒ９を経由して関数発生部１０２のオペアンプＩＣ２の（−）入力端子へ流れる。このときオペアンプＩＣ１の出力端子とオペアンプＩＣ２の出力端子（オペアンプＩＣ２の（−）入力端子）間の電位差が大きいので温度センサ部の出力電圧は高圧で、可変抵抗素子Ｄ３の順電流値が大きくなり、その結果、温度が低い状態であるほど同アノード・カソード間の抵抗値は小さくなるので、関数発生部１０２のオペアンプＩＣ２の利得は大きく、単位温度あたりの電圧変化は大きくなる。そしてこのとき、オペアンプＩＣ２の出力電圧は、温度変化による直接的なバイアスの制御と、可変抵抗素子Ｄ３による利得の制御とが相乗して動くので図２の（３）のａ〜ｃ間の如く非線形な変化となる。尚、このときの、オペアンプＩＣ２の利得は、帰還抵抗Ｒ１０と（Ｄ３＋Ｒ９）の合成抵抗値との比で決まる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
次に周囲温度が変曲点温度に近づくに従い、関数発生部１０２のオペアンプＩＣ２の利得が低下するものの、その出力電圧は、僅かに上昇し続けやがて変曲点温度（ｃ点）に達したときオペアンプＩＣ１の出力電圧とオペアンプＩＣ２の出力電圧とが等しくなる。単位温度あたりの電圧変化は小さくなる。
そして変曲点温度（ｃ点）より高温側では、温度センサ部１０１のオペアンプＩＣ１の出力電圧の低下に伴いオペアンプＩＣ２の出力電圧が低下し、更にこのときオペアンプＩＣ２の（−）入力端子の電圧はセンター電位（オペアンプＩＣ２の（＋）電位と等しい）よりわずかに低下する程度なので、オペアンプＩＣ１の出力電圧よりオペアンプＩＣ２の（−）側入力端子電圧の方が高くなり、可変抵抗素子Ｄ２及び抵抗Ｒ８を経由し順電流が流れる。従って、温度が変曲点温度より高い状態であるほどアノード・カソード間の抵抗値は小さくなり関数発生部１０２のオペアンプＩＣ２の利得は大きくなり、単位温度あたりの電圧変化は大きくなる。そしてこのときオペアンプＩＣ２の出力電圧は温度変化による直接的なバイアスの制御と可変抵抗素子Ｄ２による利得の制御とが相乗して働くので図２の（３）のｃ〜ｅ間の如く非線形な変化となる。以上の結果、関数発生部１０２の出力は（３）に示す単調増加近似３次関数を示す。
次にローパスフィルタ部１０３は、オペアンプＩＣ３を使用するアクティブローパスフィルタを構成する。即ちオペアンプＩＣ３の出力をコンデンサＣ２を介し同オペアンプＩＣ３の（＋）入力へ同相帰還することにより、補償電圧に重畳する高周波ノイズを遮断する。同時に、関数発生部１０２の出力と温度センサ部１０１の出力を抵抗Ｒ１１、Ｒ１２で合成し、同オペアンプＩＣ３の（−）側入力端子に入力された補償電圧を反転増幅する。またオペアンプＩＣ３の（＋）側入力端子は抵抗Ｒ１４を介して基準電圧発生部（抵抗Ｒ６、Ｒ７で構成）に接続し、関数発生部１０２のオペアンプＩＣ２の（＋）側入力電圧と同じく動作電圧のセンター電位に設定される。そしてローパスフィルタ部１０３の出力は、温度センサ部１０１の出力と関数発生部１０２の出力とを差動増幅したものであるから、図２の（４）に示すような関数発生部１０３の出力の単調増加近似３次関数か２つの頂点をもつ近似３次関数的電圧となる。このようなローパスフィルタ部１０３の出力電圧は可変容量ダイオードＤ４の容量値を可変して図２の（５）に示すごとく発振器の周波数を制御するよう動くので図２の（１）に示す振動子の発生する温度特性と図２の（５）に示す周波数制御による周波数可変特性とが相殺し、優れた発振器の温度特性を発生する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、関数発生部の出力とセンサ部の出力電圧を合成した時に近似３次関数的に変化する制御電圧を発生させ、ローパスフィルタを介して可変容量素子に印加するので、可変容量素子の容量変化によりＡＴカットによる水晶振動子の温度特性を正確に補正することができる。
また、関数発生の手段が可変抵抗素子と演算増幅器を使用して可変抵抗素子と演算増幅器の帰還抵抗の比により演算増幅器の利得を変化させて単調増加近似３次関数の電圧を発生するので、簡単な回路構成で比較的正確な３次関数の電圧を発生することができる。
また、演算増幅器の利得制御により単調増加近似３次関数の電圧を生成するので、制御が容易となり回路構成が簡略化される。
また、センサ部との電圧と関数発生部の出力電圧を合成するので、単調増加近似３次関数から近似３次関数へ変換することができる。
また、演算増幅器の出力を容量素子を介してこの演算増幅器の同相入力に帰還するので、アクティブローパスフィルタを構成し、位相雑音特性を改善することができる。
また、可変抵抗素子としてｐｉｎ接合型ダイオードを用いるので、抵抗変化に対する信号の減衰量を少なくすることができる。
また、可変容量素子として可変容量ダイオードや印加電圧により容量が可変する半導体デバイスを用いることもできるので、回路構成に幅が拡がり、それに伴って回路特性のバリエーションが広くなる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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